(57)【要約】    【課題】  植物の地下部に酸素を安定的に供給可能な水耕栽培装置及び水耕栽培方法を提供すること。    【解決手段】  本発明者は、ＮＦＴ方式と毛管水耕方式との双方のメリットを合わせ持つと同時に、これらの方式の問題点を解決又は低減可能な水耕栽培装置及び水耕栽培方法の開発に成功した。すなわち、本発明に係る装置は、栽培液を流す溝部を有するベッド本体と；前記ベッド本体上に敷設される吸水シートとを備える。ここで、前記ベッド本体は、前記栽培液が良好に前記溝に沿って流れるように傾斜している。前記吸水シートは、前記溝部内の栽培液を吸収するように設けられている。そして、栽培されるべき植物の苗が前記吸水シート上にセットされる構成である。  【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
栽培液を流す溝部を有するベッド本体と；
前記ベッド本体上に敷設される吸水シートとを備え、
前記ベッド本体は、前記栽培液が良好に前記溝に沿って流れるように傾斜しており、
前記吸水シートは、前記溝部内の栽培液を吸収するように設けられ、
栽培されるべき植物の苗が前記吸水シート上にセットされることを特徴とする水耕栽培装置。
【請求項２】
前記吸水シートは、薄紙であり、前記植物の根が絡むように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水耕栽培装置。
【請求項３】
前記吸水シートを構成する紙は、坪量４０〜１２０ｇ／ｍ２であることを特徴とする請求項２に記載の水耕栽培装置。
【請求項４】
前記吸水シートは、湿潤強度剤が約０．５〜２％混入されていることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の水耕栽培装置。
【請求項５】
前記吸水シートには、サイズ剤が混入されていないことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の水耕栽培装置。
【請求項６】
前記ベッド本体は、前記苗の下方に、温度調整用の液状物質を流す流路を備えることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５に記載の水耕栽培装置。
【請求項７】
前記吸水シートには、活性炭、ゼオライト、トルマリン、石灰石の少なくとも１種類の物質が添加されていることを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６に記載の水耕栽培装置。
【請求項８】
前記物質は、前記吸水シートを前記ベッド本体にセットした後に当該吸収シート上に直接散布されることを特徴とする請求項７に記載の水耕栽培装置。
【請求項９】
前記吸水シートは、少なくとも前記ベッド本体に敷設する前に皺が形成されていることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８に記載の水耕栽培装置。
【請求項１０】
栽培液を流す溝部を有するベッド本体と；
前記ベッド本体上に敷設される吸水シートとを備え、
前記ベッド本体は、前記栽培液が良好に前記溝に沿って流れるように傾斜しており、
前記吸水シートは、前記溝部内の栽培液を吸収するように設けられ、
栽培されるべき植物の苗が前記吸水シート上にセットされる構造であり、
前記吸水シートは、前記植物の根が良好に絡むように、坪量４０〜１２０ｇ／ｍ２の紙から構成され、
前記吸水シートには、湿潤強度剤が約１％混入され、サイズ剤が混入されていないことを特徴とする水耕栽培装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の水耕栽培装置に使用される吸収シート。
【請求項１２】
前記植物の根が絡むように薄紙で構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の吸水シート。
【請求項１３】
前記紙は、坪量４０〜１２０ｇ／ｍ２であることを特徴とする請求項１２に記載の吸水シート。
【請求項１４】
湿潤強度剤が約０．５〜２％混入されていることを特徴とする請求項１１，１２又は１３に記載の吸水シート。
【請求項１５】
サイズ剤が混入されていないことを特徴とする請求項１１，１２，１３又は１４に記載の吸水シート。
【請求項１６】
活性炭、ゼオライト、トルマリン、石灰石の少なくとも１種類の物質が添加されていることを特徴とする請求項１１，１２，１３，１４又は１５に記載の吸水シート。
【請求項１７】
少なくとも前記ベッド本体に敷設する前に皺が形成されていることを特徴とする請求項１１，１２，１３，１４，１５又は１６に記載の吸水シート。
【請求項１８】
請求項１に記載の吸水シートにおいて、
前記溝部内の栽培液を吸収するように設けられ、
栽培されるべき植物の苗が当該吸水シート上にセットされる構造であり、
前記植物の根が良好に絡むように、坪量４０〜１２０ｇ／ｍ２の紙から構成され、
湿潤強度剤が約１％混入され、サイズ剤が混入されていないことを特徴とする吸水シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水耕栽培装置に関し、特に、酸素及び養水分を作物の根に対して安定的に供給可能な水耕栽培装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物の水耕栽培方法としては、湛液方式、ＮＦＴ方式（培養液薄膜法）、毛管方式等がある。特開２０００−５０７５４号公報には、従来のＮＦＴ方式の水耕栽培装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−５０７５４
【０００４】
水耕栽培においては、植物の根への酸素供給と、根の温度管理が重要なファクターである。植物の根は酸素を多く必要としているが、多くの水耕栽培では必要量が十分供給されているとは言い難い。酸素の必要量は、一般に根１ｇ・１時間あたり０．２〜０．３ｍｇといわれている。従って、湛液方式で培養液１リットルに１０ｇの根が存在する場合、２〜３ｍｇ／１時間あたり消費する計算になる。２０℃の飽和溶存酸素濃度が９．２ｍｇ／リットルであるため、このケースでは、約３時間で酸素不足に陥る。
【０００５】
湛液方式の場合、根への酸素供給は、根が培養液中に浸かっているため、酸素は培養液に溶け込んでいる溶存酸素濃度に依存する。水の飽和溶存酸素量は、温度の上昇に伴い低下するため、夏の高温時は、根が酸素不足となり、植物の生育にとって不都合となる場合が多い。また、根の酸素消費量は、呼吸量に応じ、高温時ほど大きくなる傾向がある。湛液方式における培養液の温度制御に関し、加温は比較的容易であるが、冷却となると培養液量も多大なため、設備・ランニングコストが問題となる。以上のような状況下において、湛液方式で培養液に酸素をより多く取り込むには、一般に、培養液温を低下させたり、バブリング（爆気）させたり、圧力をかけて酸素を注入したりする方法が採られる。
【０００６】
一方、ＮＦＴ方式や毛管方式では、大気中の酸素を根に直接取りこむことが可能である。ただし、根が乾燥してしまったら毛細根は枯れてしまうため、根は湿気中に存在しなければならない。
【０００７】
栽培する植物の根の活性に関し、ＮＦＴ方式ではマット状になった下層の根の活性が低くなりがちである。これは、培養液に浸かっている時間が長いためである。栽培期間の長い果菜類では、根の分量が多くなり、ルートマットが形成される。湛液方式の場合、新鮮な培養液が供給できないとその部分の根の活性が低下する。
【０００８】
また、ＮＦＴ方式では、湛液方式よりも温度の影響を受けやすいというデメリットがある。湛液方式は大量の水をベッド内に溜めているため、温度の変化が比較的少ない。これに対し、ＮＦＴ方式においては、ベッド上を培養液が流れる間に、培養液の温度が変動してしまう。冬場は、ハウス内が低温になるため、培養液を加温して２０℃で循環させたとしても、長いベッドを流下するうちに水温は室温に向かって低下してしまう。また、夏はその逆の現象が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、栽培する植物の根への酸素供給という面においては、ＮＦＴ方式及び毛管方式は優れているが、更なる向上が期待される。また、根の温度管理についても優れた栽培方法及び栽培装置の提供が待たれる。
【００１０】
従って、本発明の目的は、植物の地下部に酸素を安定的に供給可能な水耕栽培装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、酸素に加えて水分および肥料成分の必要量を植物の地下部に安定的に供給可能な水耕栽培装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、植物の地下部の温度を適切に管理することにより植物の生育を良好かつ均一にする水耕栽培装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成すべく、本発明者は、ＮＦＴ方式と毛管水耕方式との双方のメリットを合わせ持つと同時に、これらの方式の問題点を解決又は低減可能な水耕栽培装置の開発に成功した。すなわち、本発明に係る装置は、栽培液を流す溝部を有するベッド本体と；前記ベッド本体上に敷設される吸水シートとを備える。ここで、前記ベッド本体は、前記栽培液が良好に前記溝に沿って流れるように傾斜している。前記吸水シートは、前記溝部内の栽培液を吸収するように設けられている。そして、栽培されるべき植物の苗が前記吸水シート上にセットされる構成である。
【００１４】
上記のような装置において、吸水シートに対して、活性炭、ゼオライト、トルマリン、石灰石の少なくとも１種類の物質を添加することにより、植物の生育を良好なものとすることが可能となる。
【００１５】
更に、植物の地下部の温度を調整するための液状物質を前記苗の下方に流すことが好ましい。これにより、植物の生育の安定化を図ることが可能となる。
【００１６】
また、吸水シートとして所謂キッチンタオルの様に吸水性に優れた薄紙を用いることにより、植物の根が当該紙に絡み、根の安定化が図れる。加えて、紙（吸水シート）は使い捨てにすることにより、洗浄及び片づけの手間を省略することができ、作業性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本実施例に係る水耕栽培装置１０の概略構成を示す。図２は、水耕栽培装置１０の要部断面構造を示す。本実施例の水耕栽培装置１０は、ベッド本体１２と、ベッド本体１２に培養液１５を供給するタンク１４と、ベッド本体１２上に配置されるパネル２６と、ベッド本体１２とパネル２６との間に配置される紙製の吸水シート３４とを備えている。図３は、ベッド本体１２とパネル２６の構造を示す。なお、説明の便宜上、図３において吸水シート３４等は図示しない。
【００１８】
ベッド本体１２は、支柱によって地面に設置され、１／７５〜１／１００程度の勾配をつけて培養液１５が循環する（流れる）ような構造となっている。タンク１４は、例えば、地中に埋めることができるが、地上に設置することもできる。タンク１４内の培養液１５は、ポンプ１６の作用により、給水管１８を通ってベッド本体１２の上流側に導かれる。ベッド本体１２には、図２及び図３に示すように、長手方向に２本の溝２５が形成されており、当該溝２５に沿って培養液１５が流れるようになっている。ベッド本体１２の下流端に達した培養液１５は、図１に示すように、排水管２０を通ってタンク１４に戻される。
【００１９】
タンク１４又は給水管１８の途中には、必要に応じてフィルターを備えることができる。タンク１４中の培養液１５には、水の他に、窒素（Ｎ），燐酸（Ｐ），カリウム（Ｋ），カルシウム（Ｃａ），マグネシウム（Ｍｇ），マンガン（Ｍｎ），ホウ素（Ｂ），鉄（Ｆｅ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），モリブデン（Ｍｏ）を含めることができる。
【００２０】
ベッド本体１２には、植物（作物）１３の苗が配置される定植部の下方にＵ字状の溝２８が形成され、当該溝２８中には温度調整用のビニールホース３０が配置されている。ビニールホース３０内には、温度調整用の液状物質（水等）が循環し、苗１３の地下部の温度を制御するようになっている。なお、温度調整用の液状物質（水等）を循環させる管の材質は、ビニールに限定されず、金属等であっても良い。
【００２１】
パネル２６には、栽培する植物の苗を入れるための定植穴（定植部）２６ａが多数形成されている。この定植穴２６ａが根温調整用のＵ字溝２８の上に位置することになる。パネル２６に形成される定植穴２６ａの列数は、栽培する植物の種類等に応じて適宜変更可能である。例えば、果菜類の場合には図４に示すように２列とし、葉野菜の場合には図５に示すように４列とする。何れの場合にも、培養液流路（溝２５）は作物１列ないし２列に対して１列とすることが好ましい。また、流路（溝２５）は作物根の位置より５〜２５ｍｍ程度低くして段差を設けることが好ましい。なお、溝２５の本数、幅、深さは、栽培する作物の種類、作業性、栽培環境等を考慮して適宜調整することが好ましい。
【００２２】
ベッド本体１２上には、ポリエチレンシート３２が敷設され、更にその上に、上述した吸水シート３４が敷設される。そして、吸水シート３４の毛細管現象による吸水作用により植物の根に培養液を安定供給する。ベッド本体２４には、突起３６が形成されると共に、端部が高くなっており、パネル２６とベッド本体２４には間隙を設け、毛細根が発達しやすい環境（暗黒、多湿、適温）を作っている。
【００２３】
吸水シート３４としては、例えば、所謂ペーパータオル相当の品質の再生紙を使用することができる。具体的には、吸水シート３４は、溝２５内の培養液１５を吸収し、ベッド本体１２上の凹凸にフィットし、且つ、作物の苗が良好に絡むように、例えば、坪量４０〜１２０ｇ／ｍ２の紙から構成される。一般的に、吸水シート３４を構成する紙の坪量については、坪量が４０ｇ／ｍ２以下であると耐久性が不足し、１２０ｇ／ｍ２以上であるとフィット性が低下するが、紙の材質（組成、添加物）等に応じて適宜変更することも可能である。吸水シート３４には、湿潤強度剤を約０．５〜２％、好ましくは約１％混入する。なお、サイズ剤は混入されない。また、製紙時にｐＨを５．５〜６．５の範囲に調節することが好ましい。吸水シート３４への湿潤強度剤の混入量が０．５％以下であると強度が不足し、２．０％以上であると製紙作業性が悪くなる。
【００２４】
更に、吸水シート３４は、ベッド本体１２上の凹凸に対するフィット性を向上させるために伸び加工を施すことが好ましい。伸び加工としては、ベッド１２の幅方向に伸びるよう、例えば、製紙工程または後加工で皺（エンボス）をつける。また、水に濡れると伸びるという紙の一般的な性質も利用して、吸水シート３４とをベッド１２上の凹凸にフィットさせる。
【００２５】
吸水シート３４にとって重要なことは、コストが低く、根が絡みやすく、作業性に優れ、必要な耐久性を有することである。また、好ましくは、堆肥等にリサイクルできることがある。この点において、古紙＋パルプ等の素材から成る再生紙は良好な選択となる。１重の紙で強度が足りない場合には、２枚重ねのものを使用することができる。
【００２６】
本実施例において、好ましくは、吸水シート３４の製紙工程または敷設工程で以下の物質を添加し、植物の生育向上を図る。
（１）活性炭：活性炭の高分子物質の吸着作用により、植物生長を阻害する物質を吸着する。植物の根からは、有機酸類やフェノール系物質（阻害物質）が分泌されている。作物により阻害物質の組成や量が異なるが、キュウリの水耕栽培が難しいのは、その阻害物質の存在によると考えられる。
（２）ゼオライト：ゼオライトのカチオン交換能により、肥料の緩衝能を上げる効果があり、肥料成分を安定的に供給することが期待できる。また、水の腐れにも効果ある。
（３）トルマリン：マイナスイオンの放出、遠赤外線効果、培養液の水分子クラスターの細分化による培養液の活性化のため植物生産にも効果がある。ミネラルの供給効果もあり、珪素・ホウ素・マグネシウム・鉄等を供給する。
（４）石灰石：石灰が豊富な土壌原産の植物に対応するために石灰石を添加する。ここで、石灰石は必ずしも水溶性成分である必要はない。
【００２７】
本実施例においては、栽培する作物の種類や栽培条件等に応じて、上記の物質を単独で又は組み合わせて用いる。上記物質の散布の量、及び粒径、配合等については栽培する作物の種類や栽培環境等に応じて調整することが好ましい。添加量（散布量）については、例えば、各成分について５ｇ／ｍ２〜２０ｇ／ｍ２程度とする。また、粒径については、例えば、１ミリメッシュ程度とする。粒径が大き過ぎると有効吸収率が低下し、小さし過ぎると散布の作業性が低下するためである。
【００２８】
次に、本実施例に係る水耕栽培方法の具体的手順について、器具の設置を含めて詳細に説明する。
【００２９】
最初にタンク１４を地中に設置した後、整地を行う。次に、ベッド本体１２を支持する架台（図示せず）を、例えば２ｍ間隔で設置し、適切な勾配を得るように高さ調整を行う。その後、架台の間に構造材（図示せず）を渡し、架台の固定を行う。次に、発泡スチロール製のベッド本体１２を構造材の上に設置し、温度調整用のホース３０を配置する。続いて、給水管１８，配水管２０，ポンプ１６の設置を含めた配管工事を行う。次に、ベッド本体２４上にポリエチレンシート３２を敷設した後、吸水シート３４を当該ポリエチレンシート３２上に敷設する。
【００３０】
吸水シート３４はベッド１２とほぼ同じ幅のロール状のものを用意し、１つのベッド１２を一回で敷設できるようにする。吸水シート３４は、ベッド１２の凹凸にフィットするように、予め皺（エンボス）を付ける等の伸び加工を施しておく。吸水シート３４の敷設は、図６に示すように、ベッド１２の高い部分から行い、ロールを転がしながら敷設する。その際、溝（流路）２５の低い部分にフィットさせるために、培養液１５を流しながら行う事が好ましい。ロール状の吸水シート３４を転がす際には、車輪のついた固定具を用いることができる。吸水シート３４がベッド１２の下端まできたら、ロール３４を切断する。
【００３１】
次に、手作業又は所定の器具を用いて吸水シート３４の上に活性炭等の物質を散布する。散布器具としては、例えば、ベッド本体２４を跨ぐ車輪付きの台車上に、振動フィーダを取り付けたものを使用することができる。なお、台車の移動は手動又はモータ等を用いて自動で行うことができる。
【００３２】
その後、パネル２６をベッド本体１２上に載せ、苗をパネル２６の定植穴２６ａに入れる（落下させる）。実際の栽培が始まると、培養液及び温度調整用の水を溝２５及びホース３０に循環させる。ホース３０中には、冬は温水、夏は冷水を流すことにより、植物の地下部温度を最適に保つことができ、栽培が安定する。
【００３３】
例えば、３週間後の収穫の際には、パネル２６から上に出た作物の地上部をはさみ等で切り取る。全ての作物の収穫（刈り取り）が終了したら、培養液１５の循環を止めて、吸水シート３４と作物の根がからまってできたマットを端から丸めて片づける。なお、作物の栽培期間は、例えば、葉菜類では定植後３〜８週間程度、トマト等の果菜類では６ヶ月〜１年程度となる。
【００３４】
以上説明したように、本発明によれば、根に酸素の供給及び、毛細管現象により水分の安定供給が可能となる他、以下のようなメリットがある。
（１）根が吸水シート３４に絡まってマット状になり、根の物理的な安定が図れる。
（２）収穫の際には、吸水シート３４と根を丸めて搬出できるため、更新時の撤去作業の簡素化を図れる。
（３）吸水シート３４ととしてトイレットペーパーのように、古紙＋パルプの素材とした場合には、堆肥等にリサイクルが可能となる。
（４）任意の物質を吸水シート３４上に散布又は含ませることにより、培養液が活性化し、根から出る生育阻害物質の除去ができ、植物の生育が良好になる。
【００３５】
以上、本発明の実施例（実施形態、実施態様）について説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において変更可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の実施例に係る水耕栽培装置の概略構成を示す説明図（側面図）である。
【００３７】
【図２】図２は、実施例に係る水耕栽培装置の要部の構造を示す断面図である。
【００３８】
【図３】図３は、実施例に係る水耕栽培装置の要部の構造を示す斜視図である。
【００３９】
【図４】図４は、実施例に係る水耕栽培装置の苗の配列例を示す説明図である。
【００４０】
【図５】図５は、実施例に係る水耕栽培装置の苗の他の配列例を示す説明図である。
【００４１】
【図６】図６は、実施例に係る水耕栽培方法の１工程を示す斜視図であり、吸水シート３４の敷設状態を示す。
【符号の説明】
【００４２】
１０    水耕栽培装置
１２    ベッド本体
１３    植物（作物苗）
１５    培養液
２５    溝（培養液用）
２６    パネル
３０    ホース（根温調整用）
３４    吸水シート
【図１】
2005095135.tif 000003
【図２】
2005095135.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005095135.tif 000006
【図５】
2005095135.tif 000007
【図６】
2005095135.tif 000008